Kurs-PM för TATA69 ht 2015

TATA69, Flervariabelanalys, 6 hp
Kurs-PM, ht 2015
Hans Lundmark, MAI, LiU
Kurshemsida: courses.mai.liu.se/GU/TATA69/
Allmänt
Kursen ges i period ht1 2015 och är obligatorisk på programmen M, DPU och EMM.
Litteratur
• Kursbok: Analys i flera variabler av Arne Persson och Lars-Christer Böiers, tredje upplagan, 2005,
Studentlitteratur AB (ISBN 9789144038698). Även andra upplagan kan användas.
• Problemsamling: Flervariabelanalys, MAI, december 2013, Tryckakademin (Kårallen, LiU). Att
använda en tidigare utgåva är nog inte så praktiskt, eftersom de skiljer sig lite vad gäller numrering
och innehåll.
• Kompletterande problem (finns på kurshemsidan).
Examination
Kursen examineras genom en skriftlig tentamen (TEN1) med 5 timmars skrivtid och 6 uppgifter. Varje
uppgift bedöms primärt som underkänd eller godkänd. En underkänd uppgift får sedan 0 eller 1 poäng,
och en godkänd uppgift får 2 eller 3 poäng. För att få betyg 3/4/5 behövs 3/4/5 stycken godkända uppgifter
och dessutom sammanlagt 8/11/14 poäng. Gamla tentor och mer detaljer om bedömningsnormerna
finns på kurshemsidan.
Undervisning och hemarbete
Undervisningen består av 12 föreläsningar (24 timmar) och 20 lektioner (40 timmar). Kursen är på
6 högskolepoäng, vilket motsvarar 160 timmars arbete, och eftersom den schemalagda tiden är 64 timmar
så blir den rekommenderade självstudietiden 96 timmar. Föreläsningarna behandlar valda delar av teorin,
samt tar upp en del exempel. Observera att det bara finns tid till att ta upp delar av det material som
ingår i kursen; resten förväntas man läsa sig till på egen hand. Lektionerna ägnas åt eget arbete med
övningsuppgifterna i problemsamlingen. Facit är med avsikt ganska kortfattat, och det är för att man ska
träna på att tänka själv, och inte frestas att bara imitera en färdig lösning. Om du har fått fram rätt svar
men är osäker på om du har tänkt rätt så går det förstås bra att fråga läraren!
Förkunskapskrav
Kurserna i linjär algebra (TATA67) och envariabelanalys (TATA41+42) anges som förkunskapskrav i
studiehandboken, och du kommer verkligen att behöva kunna en hel del material därifrån: standardgränsvärden, standardderivator, kedjeregeln, produktregeln, kvotregeln, derivata av invers funktion,
standardprimitiver, partiell integration, variabelbyte i integraler, generaliserade integraler, rotationsvolymer, Taylorutveckling, differentialekvationer av olika slag, begreppen kontinuitet och deriverbarhet,
linjära ekvationssystem, vektorgeometri, skalärprodukt, kryssprodukt, linjer i planet, linjer i rummet,
plan i rummet, andragradskurvor i planet, andragradsytor i rummet, matrisräkning, linjära avbildningar,
basbyte, uträkning av determinanter, determinantkriteriet för entydig lösbarhet, tolkning av determinant
som area-/volymsskala, teckenkaraktär hos kvadratiska former, och så vidare. Det är underförstått att du
även behöver behärska hela grundkursen (TATM79), som ju är förkunskapskrav för envariabelanalysen.
Var beredd på att repetera om det skulle behövas!
Föreläsnings- och lektionsprogram
• I ditt schema kan det eventuellt vara så att någon lektion kommer senare i förhållande till föreläsningarna jämfört med ordningen i programmet.
• Problem märkta med ”K” syftar på de kompletterande problemen från kurshemsidan, övriga finns
i problemsamlingen.
• De stjärnmarkerade uppgifterna riktar sig till dig som vill ha lite mer utmanande problem att bita i.
(De kan kräva bättre räknefärdighet, eller en djupare teoretisk förståelse, eller att man måste få en
ljus idé, osv.)
• Uppgifterna på de tre första lektionerna är till för att du på ett handfast sätt ska bygga upp din
känsla för hur flervariabelfunktioner fungerar. De är viktiga för att lägga grunden för resten av
kursen, så se till att hänga med redan från början!
Föreläsning 1. Introduktion
• Allmän introduktion till flervariabelfunktioner, till att börja med mest funktioner f (x, y) som beror
på två variabler x och y.
• Begreppet graf : mängden av punkter (x, y, z) i rummet som uppfyller sambandet z = f (x, y).
(Grafen är en yta – ”funktionsytan” för f – om f är en någorlunda snäll funktion.)
• Begreppet nivåmängd: mängden av punkter (x, y) i planet sådana att f (x, y) = C för en given
konstant C . (Är ofta en kurva, men kan även vara t.ex. en enstaka punkt.)
• Partiella derivator f x0 = ∂ f /∂x och f y0 = ∂ f /∂y.
• Några topologiska begrepp, t.ex. öppen mängd, sluten mängd, rand.
• Litteratur: Persson–Böiers avsnitt 1.1–1.4, samt definitionen av partiell derivata i avsnitt 2.1. Kan
läsas ganska översiktligt till att börja med, eftersom de första lektionerna mest går ut på att man
ska utforska och upptäcka på egen hand. Återvänd och kolla upp saker vid behov senare. Det
mesta i avsnitt 1.2 (skalärprodukt, längd av en vektor, Cauchy–Schwartz’ olikhet, triangelolikheten,
etc.) bör vara bekant från kursen i linjär algebra. Begreppen i avsnitt 1.3 är däremot nya, och det
avsnittet bör man titta igenom inför lektion 3.
Lektion 1.
• Blandade uppvärmningsövningar (gör värdetabell, rita nivåkurvor, etc.): K0, K1, K2, K3.
Lektion 2.
• Mer att klura på: K4, K5, K6, K7.
Lektion 3.
• Vektorvärda funktioner, gradient: K8, K9.
• Exempel på en funktion vars partiella derivator uppför sig lite lustigt: K10*.
(Kan vara värd att titta tillbaka på senare, när begreppet funktion av klass C 1 behandlas.)
• Rita mängder, topologiska begrepp: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4.
2
Föreläsning 2. Gränsvärden och kontinuitet.
• Definition av begreppet gränsvärde för funktioner av flera variabler.
(I denna kurs, liksom i envariabelanalysen, använder vi villkoret 0 < |x − a| < δ i gränsvärdesdefinitionen. Detta skiljer sig lite från kursbokens 0 ≤ |x − a| < δ; se fotnot på s. 34.)
• Undersökning av gränsvärden.
• Planpolära och rymdpolära koordinater.
• Definition av vad som menas med att en flervariabelfunktion är kontinuerlig.
• Litteratur: Persson–Böiers avsnitt 1.5–1.6. För plan- och rymdpolära koordinater, titta tillbaka på
avsnitt 1.4.6. Uträkning av gränsvärden spelar inte en lika stor roll i denna kurs som i envariabelanalysen. Framför allt behöver vi begreppet gränsvärde för att förstå begreppen kontinuitet och
differentierbarhet.
Lektion 4.
• Mera mängder: 1.7, 1.9, 1.10, 1.5*, 1.6*, 1.11*.
• Gränsvärden: 1.22, 1.21abcd, 1.23ab.
Lektion 5.
• Mera gränsvärden: 1.24abc, 1.25, 1.26, 1.20a*, 1.27*.
• Kontinuitet: 1.28, 1.29, 1.30*.
Föreläsning 3. Differentierbarhet
• Definition av vad som menas med att f (x, y) är differentierbar i punkten (a, b):
Det finns konstanter A och B sådana att
lim
(h,k)→(0,0)
f (a + h, b + k) − f (a, b) − Ah − Bk
= 0.
p
h2 + k 2
• Om f är differentierbar i (a, b) så är f kontinuerlig i (a, b).
• Om f är differentierbar i (a, b) så är f partiellt deriverbar i (a, b), och konstanterna i definitionen
måste vara A = f x0 (a, b) och B = f y0 (a, b).
• Alltså, för att undersöka om f är differentierbar i (a, b):
1. Beräkna de partiella derivatorna f x0 (a, b) och f y0 (a, b).
2. Om de existerar, gå vidare och undersök gränsvärdet
lim
(h,k)→(0,0)
f (a + h, b + k) − f (a, b) − f x0 (a, b) h − f y0 (a, b) k
p
h2 + k 2
för att se om det är noll.
• Tangentplan z = f (a, b) + A(x − a) + B (y − b) till grafen z = f (x, y) för en differentierbar funktion.
• Klassen C k av k gånger kontinuerligt deriverbara funktioner.
• f ∈ C 1 =⇒ f är differentierbar.
• f ∈ C 2 =⇒ f x00y = f y00x (”blandade andraderivator är lika”).
• Litteratur: Persson–Böiers avsnitt 2.1–2.2, 2.5. (Och även avsnitt 2.7 om differentialer översiktligt;
det är ingen stor grej i denna kurs, men det kan vara bra att ha sett ifall man stöter på skrivsättet i
någon tillämpad kurs.)
3
Lektion 6.
• Uträkning av partiella derivator (oftast med vanliga deriveringsregler, men ibland genom att falla
tillbaka på definitionen): 2.1, 2.2ab, 2.3, 2.4, 2.6*.
• Partiell deriverbarhet medför ej kontinuitet: 2.5*.
• Bestämning av f givet dess partiella derivator: 2.7, 2.9, 2.8*.
(Se till att du gör detta på systematiskt sätt, vilket inte är att integrera varje ekvation för sig och
sedan försöka ”pussla ihop” resultaten. Det finns exempel på hur man gör i ett senare kapitel i
kursboken, nämligen Exempel 11 och 12 i avsnitt 9.4.)
• Beräkning av tangentplan till funktionsyta z = f (x, y) : 2.12.
• Differential, linjär approximation, feluppskattning: 2.13, 2.14, 2.16*.
• Differentierbarhet: 2.17*, 2.18*.
Föreläsning 4. Gradient och riktningsderivata
• Enklaste varianten av kedjeregeln i flera variabler: Om f beror på x och y, som i sin tur beror på t ,
så är
df
∂f dx ∂f d y
=
+
.
dt
∂x d t ∂y d t
• Gradienten för f = vektorn av alla partiella förstaderivator: ∇ f = ( f x01 , . . . , f x0n ).
• Gradienten är vinkelrät mot nivåmängder (nivåkurvor resp. nivåytor i planet resp. rummet).
• Riktningsderivata.
• Gradienten pekar i den riktning där funktionen växer som snabbast, och gradientens belopp är
tillväxthastigheten (riktningsderivatan) i den riktningen.
• Litteratur: Persson–Böiers avsnitt 2.3 (utom sista delen ”Den allmänna kedjeregeln” som tas upp
senare), 2.4, lite om kurvor från 3.1.
Lektion 7.
• Beräkning av gradient: 2.42.
• Rita nivåkurvor och gradienter: 2.43. (Jfr. uppg. K9.)
• Blandade geometriuppgifter i två dimensioner (tangentlinjer m.m.): 2.44, 2.45, 2.46, 2.48.
(Kom ihåg hur ekvationen för en linje i planet ser ut: Ax + B y = C , där linjens normalvektor är
n = (A, B ).)
• Blandade geometriuppgifter i tre dimensioner (tangentplan m.m.): 2.49, 2.50, 2.51, 2.52.
(Kom ihåg hur ekvationen för ett plan i rummet ser ut: Ax + B y +C z = D, där planets normalvektor
är n = (A, B,C ).)
• Tolkning av gradient i två resp. tre dimensioner: 2.54.
(Bra test av förståelsen! Man ser ofta missförstånd angående det som behandlas i denna uppgift.)
• Riktningsderivata: 2.55, 2.56, 2.57ab, 2.58, 2.59*, 2.60*.
4
Föreläsning 5. Avbildningar från Rn till Rn
• Linjära och ickelinjära avbildningar från Rn till Rn .
(Förbered dig gärna genom att repetera linjära avbildningar från kursen i linjär algebra.)
• Linjär approximation. Funktionalmatrisen och dess determinant. Lokal area-/volymsskala.
(Kom ihåg determinantens geometriska tolkning som area-/volymsskala för en linjär avbildning.)
• Observera notationen som används i denna kurs och i läroboken:
matris,
d (u,v)
d (x,y)
∂(u,v)
∂(x,y)
med svängda ∂ är en
med raka d är determinanten av den matrisen!
(Men observera också att detta inte är en universell konvention; i vissa böcker används t.ex.
för att beteckna determinanten och inte matrisen.)
∂(u,v)
∂(x,y)
• Ickelinjära ekvationssystem med lika många ekvationer som obekanta (lokal lösbarhet, inversa
funktionssatsen).
(Kom ihåg determinantkriteriet för linjära ekvationssystem: n × n-systemet Ax = b är entydigt
lösbart omm det A 6= 0.)
• Litteratur: Persson–Böiers avsnitt 3.1–3.3.
Inversa funktionssatsen (ihop med dess följdsats, implicita funktionssatsen) är av grundläggande
betydelse i flervariabelanalys, eftersom den ger en teoretiskt solid grund för många saker som man
ofta bara tar för givet (t.ex. att en ”nivåyta” verkligen är en ”yta” och inte någon annan konstig typ
av mängd, bara vissa enkla förutsättningar är uppfyllda). Den är dock ganska svår att bevisa, så i
den här kursen nöjer vi oss med att konstatera att resultatet verkar rimligt. Beviset står inte ens i
Persson–Böiers, utan bara i mer avancerade böcker.
Lektion 8.
• Kurvor på parameterform: 3.1ac, 3.2ac. (Jfr. uppg. K8ab.)
• Uträkning av funktionalmatris och funktionaldeterminant: 3.6.
• Funktionalmatris och -determinant för linjär avbildning: 3.7.
• En ickelinjär avbildning som är globalt inverterbar, med en invers som går att räkna ut enkelt: 3.8.
• En ickelinjär avbildning där det inte går att lösa ut någon invers uttryckt i elementära funktioner,
men där man ändå (med inversa funktionssatsen) kan visa att en lokal invers finns i princip, och
även kan säga en del om dess derivator: 3.9ab, 3.9c*.
• Beräkna vad en ickelinjär avbildning gör med en liten kvadrat och tolka funktionalmatrisen och
-determinanten geometriskt (lokal areaskala, orientering): 3.10.
• Lokal kontra global inverterbarhet: 3.11.
(Avbildningen i denna uppgift är samma sak som kvadrering av komplexa tal: u + i v = (x + i y)2 ;
jfr. uppg. K8e. Frågan om inverterbarhet handlar alltså om existens och entydighet (eller inte) av
kvadratrötter till komplexa tal, så här kan ni ha nytta av det ni lärde er i grundkursen om att lösa
komplexa andragradsekvationer .)
Föreläsning 6. Kedjeregeln
• Den allmänna versionen av kedjeregeln.
• Lösning av vissa typer av partiella differentialekvationer (PDE) med hjälp av variabelbyte.
• Litteratur: Persson–Böiers avsnitt 2.3 (sista delen ”Den allmänna kedjeregeln”), 3.2 (sista delen
”Kedjeregeln”), 2.5.
5
Lektion 9.
• Grundläggande användning av kedjeregeln: 2.19, 2.20, 2.21.
• Några saker att se upp med angående notation för partiella derivator: 2.23.
• Transformation av andraderivator: 2.31, 2.33, 2.41.
• Hitta lösningar till PDE av viss form: 2.25*
• Diverse kluringar: 2.28*, 2.39*, 2.40*.
Lektion 10.
• Några enkla PDE som kan lösas direkt (utan variabelbyte): 2.11abcdef, 2.11gh*.
• Lösning av PDE via förenklande variabelbyte: 2.22, 2.26, 2.32, 2.34, 2.27*, 2.29*.
• Transformation av första- och andraderivator till polära koordinater: 2.37.
• Detsamma vid vridning av koordinatsystemet: 2.36*.
Föreläsning 7. Lokala undersökningar
• Påminnelse om kvadratiska former och deras teckenkaraktär:
– positivt/negativt definit,
– positivt/negativt semidefinit,
– indefinit.
(Repetera innan ifall du har glömt!)
• Bestämning av teckenkaraktär med hjälp av systematisk kvadratkomplettering.
(I linjär algebra-kursen gör man detta med hjälp av diagonalisering. Kvadratkomplettering är dock
en enklare metod ifall man enbart är intresserad av teckenkaraktären, och inte bryr sig om frågor
som t.ex. exakt hur nivåmängderna ser ut, eller vad största/minsta värdet på enhetssfären är.)
• Taylorutveckling av flervariabelfunktion: (konstantterm) + (linjär form L) + (kvadratisk form Q) +
(restterm av högre ordning).
• Stationära punkter (där gradienten är noll, dvs. den linjära formen L är noll).
• Lokala maximi- och minimipunkter.
• Teckenkaraktären hos den kvadratiska formen Q i Taylorutvecklingen kring en stationär punkt
avgör om punkten är en lokal maximi-/minimipunkt eller inte.
(Förutom om Q råkar vara semidefinit, för då lämnar Q ett kryphål där termer av högre ordning i
Taylorutvecklingen kan blanda sig i leken! I detta fall måste man ”ad hoc” hitta på något eget sätt
att undersöka saken.)
• Litteratur: Persson–Böiers avsnitt 2.6. Se speciellt s. 105–106 där de förklarar hur systematisk
kvadratkomplettering går till, och hur man resonerar för att dra slutsatser utifrån detta. Liten
moralpredikan: Det här är ett praktexempel på ett moment där det verkligen lönar sig att se till att
förstå de bakomliggande principerna, för om du bara gör det så kommer du uppleva detta som
väldigt enkelt och självklart (vilket det också är), men om du halvhjärtat försöker härma en ”metod”
som du inte riktigt förstår så kommer det garanterat att framstå som ett förvirrande virrvarr av
olika specialfall.
6
Lektion 11.
• Beräkna Taylorutveckling: 2.65, 2.64ac.
• Avgör lokalt max/min direkt utifrån definitionen: 2.62abcdefg, 2.62hi*, 2.63*.
• Bestäm teckenkaraktär hos kvadratiska former: 2.66, 2.67*, 2.68.
Lektion 12.
• Avgör om origo är lokal extrempunkt: 2.69abc.
• Hitta alla stationära punkter, och avgör vilka av dem som är lokala extrempunkter: 2.70abcdgh,
2.70efij*.
• Diverse saker att fundera på: 2.71, 2.73*, 2.74*.
Föreläsning 8. Implicit definierade funktioner
• Underbestämda ickelinjära ekvationssystem (färre ekvationer än obekanta). Parameterlösning.
• Implicita funktionssatsen (i olika varianter).
• Implicit derivering.
• Litteratur: Persson–Böiers avsnitt 3.4.
Lektion 13.
• Implicita funktionssatsen med två variabler och en ekvation: 3.12, 3.13, 3.16*, 3.17*.
• Tre variabler och en ekvation: 3.15, 3.18.
• Tre variabler och två ekvationer: 3.19, 3.20.
• En uppgift som illustrerar vilken roll C 1 -förutsättningen spelar i implicita funktionssatsen: 3.14*.
(Observera att funktionen i vänsterledet i denna uppgift inte är av klass C 1 , så implicita funktionssatsen kan inte användas, i alla fall inte utan vidare.)
Föreläsning 9. Multipelintegraler
Î
• Dubbelintegral D f (x, y) d xd y av en begränsad funktion f (x, y) över ett begränsat område D i
planet; definition via trappfunktioner.
• Geometrisk tolkning om f ≥ 0: volymen mellan x y-planet och funktionsytan z = f (x, y), ovanför
området D.
• Om f växlar tecken: volymen ovanför x y-planet minus volymen nedanför x y-planet.
• Handviftande tolkning som oändligt förfinad summa: ringa in ett område D i värdetabellen för f ,
dela in D i ”oändligt små” rektanglar med sidor d x och d y, multiplicera varje funktionsvärde
f (x, y) med arean d xd y hos dess tillhörande rektangel, och ”lägg ihop” alla de oändligt många
oändligt små bidragen.
• Beräkning av dubbelintegral via upprepad enkelintegration, dvs. som ”en enkelintegral av enkelintegraler”.
Rb
(Enkelintegral = vanlig integral a f (t ) d t från envariabelanalysen.)
Ð
• Definition av trippelintegral D f (x, y, z) d xd yd z.
7
• Beräkning av trippelintegral som ”dubbelintegral av enkelintegraler (stavar)” eller ”enkelintegral
av dubbelintegraler (skivor)”.
• Litteratur: Persson–Böiers avsnitt 6.1–6.2, 7.1–7.2, 8.1.
Integrationsteorin behandlas mycket utförligare i boken än på föreläsningarna; det finns helt
enkelt inte på långa vägar tillräckligt med tid för att ta upp allting. För att lära sig räkna ut multipelintegraler behöver man inte behärska alla detaljer i teorin, men det kan vara bra att åtminstone
ha skummat igenom hela texten någon gång, för att få ett hum om vad som har hoppats över på
föreläsningarna.
Lektion 14.
• Uppskattning av dubbelintegral med hjälp av trappfunktioner: 6.1.
• Beräkning av dubbelintegraler via upprepad integration: 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.7*.
Lektion 15.
• Dubbelintegral med falluppdelning: 6.6.
• Beräkning av upprepad enkelintegral via byte av integrationsordning i dubbelintegral: 6.8.
• Beräkning av trippelintegral över ett rätblock via upprepad integration: 6.16.
• Visualisering av en kropp i R3 genom studium av dess tvärsnitt (skivor/stavar): 6.20.
(En datorritad figur av denna kropp kan återfinnas på kurshemsidan om du letar lite, men lova att
inte tjuvtitta förrän du själv har gjort ett allvarligt försök att lösa uppgiften!)
• Beräkning av trippelintegral över kroppen i föregående uppgift: 6.21.
Se till att inte hoppa över 6.20 och 6.21 – dessa uppgifter behandlar viktiga principer för hur
man angriper trippelintegraler. Uppgift 6.21 kan angripas på minst sex olika sätt, ett sätt för
varje deluppgift 6.20abcedf. (Vissa sätt är smidigare än andra.) Det är väl värt besväret att prova
åtminstone två eller tre sätt – gärna alla sex!
• Beräkning av trippelintegral över en tedraeder via upprepad integration: 6.19.
(Detta är något som återkommer i en del senare uppgifter, så det bör man se till att bemästra med
lätthet.)
Föreläsning 10. Variabelbyte i multipelintegraler
• Påminnelse om lokal areaskala.
• Formeln för variabelbyte i multipelintegraler.
– Speciellt: differentialsambandet
¯
¯
¯ d (u, v) ¯
¯ d xd y,
d ud v = ¯¯
d (x, y) ¯
där lokala areaskalan kommer in.
∂(u,v)
– Observera notationen: dd (u,v)
(x,y) = det ∂(x,y) är funktionaldeterminanten, som också kan skrivas
¯
¯
¯ ∂(u,v) ¯
¯ ∂(x,y) ¯ ifall man använder lodräta streck för att beteckna determinant. Men det vi har i
variabelbytesformeln är absolutbeloppet
och absolutbelopp
¯
¯ av¯ funktionaldeterminanten,
¯
¯ d (u,v) ¯ ¯
∂(u,v) ¯
skrivs ju också med lodräta streck: ¯ d (x,y) ¯ = ¯det ∂(x,y) ¯. Om man här använder lodräta streck
¯¯
¯¯
¯¯
¯¯
även för determinanten så blir det ¯¯ ∂(u,v)
∂(x,y) ¯¯, där de inre strecken betyder determinant och de
yttre strecken betyder absolutbelopp. Så för tydlighets skull är det kanske bättre att skriva
”det” istället för streck när man menar determinant i det här sammanhanget.
8
v
– Undvik helst också det lite hemmagjorda skrivsättet ” dd ud
xd y ”.
(Vi har inte definierat division av objekt av denna typ. Jämför med vektorer: även om sambandet u = 3v skulle råka gälla så skriver man inte gärna u/v = 3.)
• Integration med hjälp av rymd- och planpolära koordinater.
Standardsamband att memorera: d xd y = ρ d ρd φ resp. d xd yd z = r 2 sin θ d r d θd φ.
• Linjära variabelbyten (och affina variabelbyten, dvs. ”linjärt plus konstant”).
(Jämför gärna det vi gör här med vad du lärde dig om linjära avbildningar i linalg-kursen, speciellt
”basvektorernas bilder är avbildningsmatrisens kolonner”, samt formlerna för bas- och koordinatsamband vid basbyte. Det är i grunden samma sak, även om det kanske beskrivs i lite andra
ordalag.)
• Litteratur: Persson–Böiers avsnitt 6.3–6.4, 7.1.
Lektion 16.
• Dubbelintegraler med hjälp av planpolära koordinater: 6.9.
• Dubbelintegraler med hjälp av linjära/affina variabelbyten: 6.10.
• Linjärt variabelbyte först, därefter polära koordinater: 6.11.
• Knivig avvägning: 6.12.
(Ska man byta koordinater så att området blir enkelt? Eller så att funktionen som ska integreras blir
enkel? Den strategi som visar sig fungera i b-uppgiften är kanske en liten överraskning!)
• Dubbelintegral som kräver ett skräddarsytt variabelbyte: 6.13.
Lektion 17.
• Diverse trippelintegraler: 6.17, 6.18, 6.24, 6.25, 6.26, 6.27, 6.22*, 6.23*.
(Uppgift 6.26a går att lösa genom att direkt byta till rymdpolära koordinater, men man kan göra
det lättare för sig med hjälp av diverse listiga knep! En liten utmaning: vem hittar den kortaste
lösningen?)
Föreläsning 11. Mer om multipelintegraler
• Påminnelse om tolkningar:
– Geometrisk tolkning: dubbelintegral av 1 ger områdets area.
– Geometrisk tolkning: trippelintegral av 1 ger kroppens volym.
– Fysikalisk tolkning: trippelintegral av massdensitet (massa per volymsenhet, kan variera från
punkt till punkt) ger kroppens totala massa.
– Fysikalisk tolkning: trippelintegral av laddningsdensitet (elektrisk laddning per volymsenhet,
kan variera från punkt till punkt, och kan vara både positiv och negativ) ger kroppens totala
laddning.
• Definition av masscentrum (tyngdpunkt).
• Fler exempel på uträkning av trippelintegraler.
• Litteratur: Persson–Böiers avsnitt 8.4.
9
Lektion 18.
• Area av område mellan kurvor: 6.29.
• Diverse volymsuträkningar: 6.30, 6.31, 6.32, 6.36, 6.38, 6.33*, 6.34*, 6.35*, 6.37*.
Lektion 19.
• Massa hos kropp med icke-konstant densitet: 6.39, 6.40.
• Tyngdpunktsberäkningar: 6.41, 6.42.
Föreläsning 12. Generaliserade multipelintegraler.
• Definition av generaliserad multipelintegral. (Obegränsat område och/eller obegränsad funktion.)
• Konvergent = har ett (ändligt) värde.
• Divergent = har inget värde.
• Funktioner som inte växlar tecken i integrationsområdet kan integreras ”som vanligt”, dvs. med
hjälp av variabelbyten och upprepad enkelintegration (men dessa enkelintegraler kan då förstås
vara den typ av generaliserade integraler som ni har sett i envariabelanalysen).
(Man kan också använda en s.k. uttömmande svit eller uttömmande följd av områden.)
• Om funktionen växlar tecken i integrationsområdet, integrera separat över de delområden där
den är positiv resp. negativ, och lägg ihop resultaten sedan. Båda delintegralerna måste vara
konvergenta för att hela integralen ska räknas som konvergent.
• Litteratur: Persson–Böiers avsnitt 6.6.
Lektion 20.
• Exempel på att uträkning med två olika uttömmande följder ger samma resultat: 6.43.
• Generaliserade dubbelintegraler: 6.44, 6.45, 6.46, 6.48, 6.47*, 6.52*, 6.53*.
(Glöm inte att först undersöka om integranden växlar tecken eller inte!)
• Generaliserade trippelintegraler: 6.50, 6.51.
10